แรงพยุงจากของไหล (buoyant force) หรือ แรงลอยตัว คือแรงที่ของเหลวกระทำต่อวัตถุโดยรอบ หรือส่วนของวัตถุซึ่งจมอยู่ในของไหลนั้น ๆ กับแรงโน้มถ่วงของโลก ส่งผลให้วัตถุสามารถลอยตัวหรือจมลงในของไหลนั้น ๆ
หลักของแรงพยุง
หลักของแรงพยุงถูกค้นพบโดย อาร์คิมีดิส (Archimedes) ปราชญ์ชาวกรีก อาร์คิมีดิสพบว่า แรงพยุงของของเหลวที่กระทำต่อวัตถุจะเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยส่วนที่จมอยู่ในของเหลวนั้น ๆ
สูตรแรงพยุง
1 | FB = ρgV |
โดยที่
- FB คือ แรงพยุง (N)
- ρ คือ ความหนาแน่นของของเหลว (kg/m³)
- V คือ ปริมาตรของส่วนที่จมอยู่ในของเหลว (m³)
- g คือ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก (9.8 m/s²)
ตัวอย่าง
พิจารณาวัตถุทรงกลมที่มีความหนาแน่น 2000 kg/m³ ลอยอยู่ในน้ำ ความหนาแน่นของน้ำ 1000 kg/m³ วัตถุทรงกลมมีปริมาตร 0.5 m³ แรงพยุงของน้ำที่กระทำต่อวัตถุทรงกลมจะเท่ากับ
1 | FB = ρgV = 1000 kg/m³ * 0.5 m³ * 9.8 m/s² = 4900 N |
ผลของแรงพยุง
ผลของแรงพยุงมีดังนี้
- วัตถุที่ลอยตัวในของเหลว แรงพยุงจะมากกว่าน้ำหนักของวัตถุ ทำให้วัตถุลอยตัวอยู่ในของเหลว
- วัตถุที่จมลงในของเหลว แรงพยุงจะน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุ ทำให้วัตถุจมลงในของเหลว
- วัตถุที่ลอยตัวบางส่วนในของเหลว แรงพยุงจะเท่ากับน้ำหนักของวัตถุส่วนที่จม ทำให้วัตถุลอยตัวบางส่วนในของเหลว
ปัจจัยที่มีผลต่อแรงพยุง
ปัจจัยที่มีผลต่อแรงพยุง ได้แก่
- ความหนาแน่นของของเหลว ของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงจะมีแรงพยุงมากกว่าของเหลวที่มีความหนาแน่นต่ำ
- ปริมาตรของส่วนที่จมอยู่ในของเหลว ยิ่งปริมาตรของส่วนที่จมอยู่ในของเหลวมาก แรงพยุงก็จะยิ่งมากขึ้น
- ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่เพิ่มขึ้น แรงพยุงก็จะเพิ่มขึ้น
การประยุกต์ใช้แรงพยุง
แรงพยุงถูกนำมาประยุกต์ใช้ในด้านต่าง ๆ มากมาย เช่น
- การลอยตัวของเรือ เรือลอยตัวอยู่ในน้ำได้เนื่องจากแรงพยุงของน้ำที่กระทำต่อเรือมากกว่าน้ำหนักของเรือ
- การลอยตัวของเครื่องบิน เครื่องบินลอยตัวอยู่ในอากาศได้เนื่องจากแรงพยุงของอากาศที่กระทำต่อปีกมากกว่าน้ำหนักของเครื่องบิน
- การลอยตัวของแมลง แมลงลอยตัวอยู่บนผิวน้ำได้เนื่องจากแรงตึงผิวของน้ำที่กระทำต่อแมลงมากกว่าน้ำหนักของแมลง
นอกจากนี้ แรงพยุงยังถูกนำมาประยุกต์ใช้ในด้านต่าง ๆ อีกมากมาย เช่น การผลิตเรือ การผลิตเครื่องบิน และการผลิตอุปกรณ์ทางทะเล